一种突破性的设备可以模拟大脑神经元，将光转换为电信号

微小的微柱量子共振隧道二极管（RTD）充当感觉神经元，检测光、处理数据并将其转换为电信号，所有这些都在一个纳米级设备中。

来自国际伊比利亚纳米技术实验室（INL）的一组研究人员通过开发一种模仿感觉神经元的微小量子共振隧道二极管（RTD），重塑了大脑启发计算的未来。

该装置的灵感来自于生物神经元处理信息的方式，它能够探测光，并在一个纳米级组件内将其转换为电信号，运行迅速、高效，且能量最少。

布鲁诺·罗梅拉博士是INL的研究员，也是该研究的通讯作者，他强调了神经元在推进高效计算和光学传感方面的作用。“这是可能的，因为我们正在使用量子现象，”他说。

该系统是一种III-V半导体结构，由元素周期表中第3族（B, Al, Ga, In）和第5族（N， P, As, Sb）的元素组合而成。

这些材料广泛应用于光子学和高速电子学，并专门设计用于直接响应入射的近红外光，从而实现纳米级的高效检测和信号处理。

仔细看看这项研究

该研究的主要作者、INL的博士候选人Bejoys Jacob解释说，当光强超过一定的阈值时，设备进入一种称为负微分电阻效应的状态。

这会引发振幅较大的电压振荡，这意味着入射光信号被转换成有节奏的电爆发，反映了生物神经元的放电模式。

根据Jacob的说法，传统的神经形态硬件依赖于复杂的电路，这些电路集成了独立的存储组件和振荡器来模拟生物神经元如何处理信息，这反过来又增加了系统的大小、功耗和复杂性。

同时，新设备将这些功能无缝集成到一个单一的、紧凑的组件中。因此，它不仅能探测光，还能将光信息编码成电子振荡，从而增强了它的功能，超出了基本传感器的功能。

该团队认为，其感觉神经元行为是开发传感器内智能边缘系统的关键进步，该系统可以从源头处理数据，从而消除对大型外部处理器的需求。

未来的潜力和现实世界的用途

该设备脱颖而出的另一个根本原因是，它的行为模仿了生物体中的过程。科学家们将其与帮助蜻蜓追踪猎物的神经元活动的节律性爆发和哺乳动物的感觉处理和大脑协调所必需的振荡性爆发进行了比较。

他们相信，通过在硬件中复制这些自然爆发模式，他们正在为生物启发的人工视觉系统铺平道路，这种系统可以让机器看到、理解并对周围环境做出反应，由小型化、节能的技术提供动力。

该器件的紧凑设计和与现有III-V半导体平台的兼容性使其成为集成到未来光学传感器和系统的理想选择，包括自动驾驶汽车，下一代激光雷达（光探测和测距），以及机器人的超快速视觉处理。

科学家们相信，这一突破将使世界更接近硬件，不仅可以探测世界，还可以解释它，就像自然系统一样。

这项研究发表在《科学报告》杂志上。

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